NVM可靠性挑战和权衡

第二个两部分看不同的记忆和可能的解决方案。第一部分可以被发现在这里。

虽然各种NVM技术,如极化,MRAM, ReRAM NRAM高层特征相似,其物理渲染有很大的不同。提供每个都有自己的挑战和解决方案。

极化有一个不愉快的历史。最初发布的三星、微米、圣,随后从市场可靠性原因之前记忆。

热仍然是一个主要问题极化。而记忆是热稳定和能够处理高温的应用,热生成的程序一个细胞可能影响其邻居,——所谓的“打扰”,根据托马斯Brozek,高级研究员,主任PDF的解决方案。此外,局部加热在加热器的尖端附近的运动可能会导致一些材料,导致空细胞。

“加热器的顶端是600到700°C,“Brozek说。英特尔显然与其Optane内存解决了这个问题通过替换一个单点加热器随着越来越多的分布式加热器来缓解这个问题。

还有其他的问题,包括复位状态的稳定性,与无定形材料自发增长一些晶体,Brozek笔记。这使它更难以使用模拟内存。他说,ReRAM该应用程序更加稳定。

此外,目前还不清楚如果或当极化将制造1 xnm范围。高级主管马丁•梅森嵌入式内存GlobalFoundries说,很难找到一个将建立在一个节点上极化的铸造低于28 nm。

MRAM的独特之处在于数据存储之间的三方关系,耐力,和速度。你可以选择其中的任意两个的第三层。”MRAM是一个美丽的记忆,”Brozek说。“[它]具有很大的可调谐性。有许多旋钮,包括可靠性。”

因此,梅森说GlobalFoundries MRAM做两个版本——一个更如同和一个更SRAM-like,每个国家都有一组不同的权衡。

如同版本更健壮,MJT更高的能量势垒。具有较高的耐力在100 k细胞,但低于无限的耐力的预期静态存储器——技术。它支持五焊料回流周期和能够处理更高的操作温度。SRAM-like版本具有较高的耐力但更低的数据保留,它可以支持操作温度低于如同版本。

mram的风险有一个令人不安的自己经过多次写周期,使耐力更大的挑战。MRAM的新版本,称为旋轨道转移(SOT-MRAM),帮助解决这个问题,但这是没有经过验证的生产工艺。

Brozek还指出一个挑战当蚀刻MRAM单元,已成为更多的圆柱(而不是锥形)。因为有很多位单元堆栈层不同的材料,“MRAM不能使用RIE(反应离子刻蚀)——太挑剔了。你将不得不改变化学反应了堆栈。相反,他们使用neutral-ion蚀刻,离子加速,然后中和之前溅射到晶圆上。很难得到清洁,所有的角落和蚀刻材料可能重新分配。这些可能成为细丝随着时间的推移,这一个加工必须仔细调整的挑战。

至于温度稳定性,梅森说GlobalFoundries提供2级今天的记忆,他们致力于达到1级。“这将是一段时间MRAM(1级)。这是适用于所有小说NVM技术,”梅森。

一个反复出现的问题,客户是MRAM外部磁场的影响的内容。某些环境——接近销售点机器,感应电机、螺线管、阀瓣在喇叭磁铁,和类似的系统——创建源的问题。梅森为视角,指出,“我们一直在使用磁存储器几十年来,“从核心内存磁盘驱动器。“5毫米到1厘米,急剧下降。”他说的GlobalFoundries mram magnetic-immune 500 Oe 10年在125°C,一阶。没有固有的屏蔽包,虽然可以增加,在低成本。

还有其他问题。“主要的故障MRAM是薄的磨损机制采用障碍,“孟朱说,产品营销经理心理契约。“当屏障的缺陷,如小孔或材料的弱点,结的阻力可以逐渐减少加班和还可能导致突然下降的阻力(分解)。堆栈界面粗糙度、采用厚度均匀性的典型原因是针孔/弱点创造分别以层。沉积在氧化的情况下采用,Mg层转换为采用通过热或等离子体氧化法,氧化的程度也会导致创建Mg的小孔,由于不同的晶格参数和采用。尽管直接探测针孔sub-nm采用层是具有挑战性的,有可能降低缺陷的可能性等障碍,确保良好的过程控制镀膜均匀性,采用化学计量使用的光谱椭圆光度法。粗糙度和堆栈的均匀性也可以通过电子监控(CIPT)和磁(科尔)测量。”

内联缺陷检查可以帮助检测等可靠性杀手或附近的金属颗粒形成的MRAM支柱在模式可能随着时间的推移短mtj的步骤。“像所有半导体技术、最佳实践内联检验和计量过程控制使最好的设备性能和产量,”朱说。“提高检测灵敏度,采样和数据分析技术创新可以产生积极的影响在早期发现潜在的可靠性问题——一个持续改进的目标,所有制造商希望实现。的stt - ram仍相对较低的体积,在一起,我们正在学习和驾驶这样的改进与我们的客户。”

ReRAM都有自己的挑战,尤其是作为一个较新的技术。梅森说,它可以挑战85°C以上,细丝可以打破,或超过10000写周期。Adesto使得一些变化在其实现中,它调用“导电桥”内存,或CBRAM克服这些限制。Adesto的ReRAM的单纤维的类型(因此导电桥)。发现纤维由铜或锡电极可以作为一个原子一样薄宽。使灯丝的电阻容易扰乱,因为它只需要几个原子移动引起改变。

公司发现,通过切换从一个金属半金属电极,它有一个更广泛的桥,表现更强劲,梅森提到解决问题——以及焊接问题——给一个数量级提高热稳定性和数据保留。“Adesto提供ReRAM产品操作在同一条件标准的闪存设备。(出版)的一篇论文表明,我们的技术可以使用在汽车操作条件。材料连同(算法)也在推动耐力明显改善,”巴蒂尔说Hollmer工程副总裁和创始人之一Adesto。

由选择器隔离干扰问题是减轻一些细胞时解决。Adesto使用一个简单的有关晶体管,一(1 t1r)细胞,增加细胞大小有些由于额外的晶体管。“有有趣的想法为小说选择器更多的密度和堆积,但我们还没有使用它们,”Hollmer说。

尽管ReRAM,使用时代替闪光灯,没有三方,MRAM权衡关系,它将应用程序针对DRAM,根据赫尔曼-不是今天似乎是一个常见的应用程序。模拟时使用机器学习,他们不相信,一个给定的数组将保持在10年100°C,因为会有定期更新每隔几周或几个月。如果不是,他们认为这是一个很好的实践定期刷新。

在实验基础上,Adesto也看着改变的介质₂O₃对SiO₂为了减少一些细胞短裤,有时发生在擦除,可以用ECC管理水平。在另一项实验中,它看着减少随机规划错误使用微分计划,两个细胞程序相反的状态,然后当前是感觉到不同。

NRAM是到目前为止的最新技术。与NRAM Nantero DRAM市场目标,但这不是使记忆本身。相反,它是许可的技术。

富士通是第一个公开宣布被许可方。但随着TongSwan彭日成,富士通高级营销经理指出,该公司并不是针对DRAM。相反,它使用NRAM作为NVM与flash竞争。它建立了生产线,微调模具尺寸。富士通正试图敲定技术到2020年底,以一个小的,独立的内存产品不具攻击性六个月后,随后主要由使用定制的出类拔萃。“所有内存,我们开发将为嵌入式或利基市场,”庞说。

也就是说,大多数的可靠性数据来自Nantero。比尔Gervasi,主要在公司系统架构师,说,不像其他所有的技术,这种技术没有移动的指控。这意味着没有机会被困或造成损害,给这一个潜在的长数据保留和高耐力。“我们已经测试了10¹³周期和还没有看到任何磨损。”

基本技术有一个相当不寻常的证明一点:“这是在航天飞机哈勃维修,”他说,所以它可以承受的空间。Nantero建模数据的保留是极高的,看到退化在300°C。但这退化,由公司的计算,降低了从12000年到300年数据保留。当然,这些数字将必须证明在一个全面的产品确认他们是真实的。

其他内存技术的早期阶段评估。在一个报告对高速增长的新兴记忆,方便和他的同事描述一些其他技术探索。MRAM的变种,利用电场来迫使电子自旋;它被称为磁电RAM (MeRAM)。铁电随机存取存储器(FeRAM),它利用电偶极子来存储数据。有聚合物铁电存储器(PFRAM),这使聚合物的状态存储一个值。可靠性评估这些为时过早,但重要的是要注意,主存竞争者今天可能不会保持唯一可行的方法。

这记忆是最可能成功的人,即使是分析师不愿打个电话。吉姆手边的一份报告,总经理的客观分析,预测DRAM, NAND flash, MRAM,“3 d XPoint”——英特尔Optane技术。但是,他说,“…我们代表嵌入式MRAM可能成为ReRAM甚至其它一些新兴内存,如果新兴内存坡道更快。“他不是宣布MRAM是赢家。这是一个无论记忆活着摆脱竞争的替身。

来源:客观分析Coughlin & Associates 2019,略圆。单位是字节。

结论
虽然可靠性将会制造或打破一些技术,这不会是成功的最终仲裁者。“成本是唯一绝对的最重要的事,“方便说。和现任粘性仍然是一个挑战。“一些人使用片上缓存和外部和flash”解决记忆挑战,而不是一项新技术。

当然,还有最终的优胜劣汰,营销信息满足物理现实,无论好坏。梅森说:“所有NVM看起来很棒的在纸上,但魔鬼藏在细节。(挑战)在(会议等)所示的规格globalfoundries在PVT(角落)由六西格玛工作(3.4 ppm)超过10 k晶圆。”

或者方便的总结,“有很多很多公司的虚张声势。很难找出什么是真实的,什么是炒作。“未来几年将证明。